Tác động của ánh sáng đến sức khỏe cộng đồng

Kỳ II. Tác động của chiếu sáng đến sức khỏe con người

Như chúng ta đã biết, anh sáng đi tới mắt, qua hệ thống quang học của mắt tới võng mạc được các tế bào thị giác là tế bào nón và tế bào gậy tiếp nhận và truyền tín hiệu đến các tế bào phi thị giác là tế bào hạch võng mạc tự nhậy cảm ánh sáng ipRGCs.Thông qua các tế bào ipRGCs, ánh sáng có tác động đến lượng hoóc-môn sản sinh hàng ngày, khởi đầu cho những biến đổi hệ quả khác diễn ra trong suốt cả ngày. Ánh sáng mặt trời là ánh sáng trắng có nhiệt độ màu không đổi, khoảng 5.900K. Tuy nhiên, do hiệu ứng gây ra bởi bầu khí quyển và chu kỳ tự quay của Trái đất, ánh sáng Mặt trời đến bề mặt Trái đất có cường độ sáng và nhiệt độ màu thay đổi theo chu kỳ 24 giờ. Trải qua nhiều triệu năm tiến hóa, các loài sinh vật và con người đã thích nghi với sự thay đổi cường độ sáng, nhiệt độ màu và màu sắc của ánh sáng tự nhiên, chi phối lượng hoóc-môn sản sinh bởi các tuyến nội tiết, hình thành “đồng hồ sinh học”.

Các nghiên cứu khoa học đã nhận thấy rằng nhịp sinh học được điều khiển bằng các loại hormon rất quan trọng, trong đó quan trọng nhất phải nói đến là melatonin – hormon gây ngủ và cortisol – hormon kích sự thích tỉnh táo. Cặp hormon này hoạt động đối ngược nhau cả về thời gian và tác động đến nhịp sinh học do ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời. Ban ngày đặc biệt vào buổi sáng phổ ánh sáng mặt trời có nhiều thành phần màu xanh, tế bào hạch cảm quang trong võng mạc ipRGCs nhận tín hiệu ánh sáng mặt trời và truyền tín hiệu thần kinh tới vùng não trung tâm ức chế melatonin đồng thời kích thích sản xuất cortisol giúp cơ thể tỉnh táo, tập trung cho các hoạt động hiệu quả. Về cuối ngày lượng cortisol giảm dần khi thành phần phổ màu xanh của ánh sáng giảm dần và tăng thành phần màu đỏ cho đến khi mặt trời lặn không còn ánh sáng mặt trời và đạt mức thấp nhất vào lúc nửa đêm. Ngược lại, khi trời tối và chuyển về đêm melatonin bắt đầu được tiết ra với lượng tăng dần gây cho cơ thể cảm giác mệt mỏi và chuẩn bị đi vào giấc ngủ, lượng hormon đạt cao nhất vào khoảng sau nửa đêm và khi đó ta chìm vào giấc ngủ sâu nhất (hình 1).

Ánh sáng có vai trò đồng bộ hóa đồng hồ sinh học theo chu kỳ quay sáng – tối 24 giờ của Trái đất. Không có chu kỳ sáng – tối thông thường 24 giờ, đồng hồ sinh học trong cơ thể sẽ chạy tự do, đối với con người, thời gian trung bình khoảng 24 giờ và 15 đến 30 phút. Điều này sẽ tạo ra độ lệch ngày càng lớn về thân nhiệt, mức cortisol và melatonin của chúng ta với đồng hồ thời gian theo chu kỳ sáng–tối của  môi trường Trái đất. Sự mất đồng bộ này sẽ dẫn đến sự sai nhịp về thời gian của sự tỉnh táo và buồn ngủ. Các triệu chứng tương tự liên quan đến hiệu ứng “jet lag” khi di chuyển bằng máy bay qua các múi giờ khác nhau hoặc ở những người làm việc theo ca. Có thể nói nhịp sinh học là tác nhân của đồng hồ sinh học ở con người, có vai trò tác động rất quan trọng của ánh sáng, quyết định nhịp thức – ngủ và những quá trình sinh học khác của con người như sự chuyển hóa, thân nhiệt, huyết áp…

Với sự phát minh ra nguồn sáng điện và ứng dụng chiếu sáng, ngày nay trong thời đại công nghiệp, con người sống và làm việc chủ yếu trong môi trường khép kín trong nhà chiếm tới 90% thời gian ban ngày. Những nghiên cứu của các nhà khoa học về tác động sinh học của ánh sáng nhân tạo tới con người đã chỉ ra rằng khi môi trường hoạt động chủ yếu trong điều kiện chiếu sáng không thay đổi với các nguồn sáng nhân tạo mà ít được tiếp xúc với ánh sáng ban ngày thay đổi cả về cường độ và phổ ánh sáng.Việc sử dụng ánh sáng nhân tạo về đêm để kéo dài thời gian hoạt động trong ngày cùng với việc sử dụng thường xuyên các thiết bị điện tử phát ánh sáng có nhiều thành phần phổ màu xanh như TV, máy tính, điện thoại thông minh ban đêm đã làm phá vỡ nhịp sinh học và gây hậu quả không tốt cho sức khỏe như: giấc ngủ kém và tăng stress, lo lắng và trầm cảm. Những nghiên cứu dịch tễ học cũng phát hiện tỷ lệ tăng một số bệnh như béo phì, tiểu đường, nguy cơ tim mạch và một số loại bệnh ung thư….

Về ảnh hưởng của ánh sáng nhân tạo đến sức khỏe được các nhà sinh học lý giải như sau:

Chiếu sáng cường độ cao với nhiều thành phần màu xanh về ban ngày giống như ánh sáng tự nhiên ức chế sản xuất melatonin và kích thích sản xuất cortisol giúp tỉnh táo tập trung cho công việc hiệu quả đồng thời cũng hỗ trợ giấc ngủ tốt về ban đêm.Khi tiếp xúc với ánh sáng cường độ mạnh có nhiều thành phần màu xanh vào ban đêm, bộ não nhận được thông điệp để giảm bài tiết melatonin, đó là tín hiệu kích thích sự tỉnh táo khi chúng ta chuẩn bị đi ngủ. Do vậy mất nhiều thời gian để đi vào giấc ngủ, thời gian ngủ sâu ít hơn. Sau một giấc ngủ kéo dài 8 tiếng ta vẫn buồn ngủ và mất nhiều thời gian để thức dậy trong trạng thái ngái ngủ.

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh hơn vào ban đêm sẽ giảm lượng melatonin gây cảm giác đói vì melatonin giúp tránh khỏi cơn đói, lượng insulin sản xuất ra cũng ít hơn. Khi đó cơ thể sẽ đốt cháy ít calo, thay vào đó lại lưu trữ chúng dưới dạng chất béo làm tăng nguy cơ béo phì và mắc bệnh tiểu đường.Nghiên cứu của Moore-Edecho biết chỉ sau hai đêm tiếp xúc với ánh sáng xanh vào ban đêm, cơ thể phát triển tình trạng kháng insulin tăng lên. Hơn nữa, ông cho biết sự gián đoạn sinh học cũng làm gián đoạn quá trình giải phóng insurin từ các tế bào beta ở tuyến tụy.Melatonin cũng là một chất chống ung thư, các tế bào ung thư thường tăng sinh về ban đêm, lượng melatonin nhiều ban đêm có vai trò ức chế sự phát triển này. Vì vậy, khi chu kỳ sản sinh melatonin bị phá vỡ nguy cơ mắc bệnh ung thư cao hơn. Một nghiên cứu của David Blask khi cấy tế bào ung thư vú ở người trên chuột cho thấy trong điều kiện bình thường, các tế bào khối u phát triển nhanh hơn vào ban ngày và chậm hơn vào ban đêm khi có melatonin. Chiếu sáng vào ban đêm dẫn tới sự phát triển khối u tăng nhanh theo mức chiếu sáng (hình 2).Moore-Ede cũng cho biết các khối u ung thư phát triển nhanh hơn 2-3 lần khi melatonin bị ức chế.Như vậy, melatonin vừa là tín hiệu nhịp sinh học vừa là hóc môn chống ung thư.

Nhiều nghiên cứu đã cho thấy làm việc ca đêm trong thời gian dài có thể dẫn đến tỷ lệ ung thư vú, ruột kết và tuyến tiền liệt cao hơn liên quan đến những người làm việc vào ban đêm.Điều này cũng được chứng minh qua kết quả nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu Nhịp sinh học Đại học Tulane cho thấy những nữ công nhân làm việc ca đêm có khả năng mắc ung thư vú cao hơn 50% đến 70%, ở nam giới làm việc ca đêm cũng có tỷ lệ ung thư tuyến tiền liệt tăng cao so với những người không làm việc ca đêm.Làm việc theo ca có thể làm gián đoạn giấc ngủ và do đó dẫn đến các ảnh hưởng thứ cấp đến sức khỏe.Gián đoạn giấc ngủ có thể ảnh hưởng sâu sắc đến hệ thống miễn dịch. Thay đổi chu kỳ thức – ngủ ảnh hưởng đến số lượng tế bào lympho lưu hành, hàm lượng kháng thểvà mức độ cytokine làm chức năng miễn dịch bị suy giảm dẫn tới giảm sức đề kháng của cơ thể.

Như vậy, cơ thể luôn có xu hướng bảo vệ đồng hồ  sinh học của mình. Mọi hoạt động gây rối loạn đồng hồ sinh học mà trong đó chiếu sáng là yếu tố rất quan trọng sẽ dẫn tới các phản ứng sinh lý, sinh hóa bất thường, sau đó gây ra nhiều ảnh hưởng xấu lên sức khỏe. Để bảo đảm sức khỏe tốt, điều quan trọng là những nhịp điệu này không bị gián đoạn. Khi đó chiếu sáng nhân tạo cần tăng cường ánh sáng có nhiều thành phần phổ màu xanh vào buổi sáng và tăng thành phần phổ màu đỏ vào buổi chiều giúp ổn định nhịp sinh học.Các nghiên cứu về chiếu sáng theo thời giancho thấy chu trình ánh sáng nhân tạo giống như ánh sáng tự nhiên ban ngày thường hiệu quả nhất. Nó cho đồng hồ sinh học của chúng ta biết rằng ngày bắt đầu và các chức năng của cơ thể cần được kích hoạt. Liều lượng cao của ánh sáng xanh lục lam có thể chấp nhận được và thậm chí được ưu tiên trong ngày làm việc bình thường như một cách để tăng cường sự tỉnh táo và năng suất lao động. Ngược lại, tiếp xúc ánh sáng này vào buổi tối sẽ ức chế sản xuất melatonin làm cho chúng ta khó ngủ hơn. Sức khỏe, tinh thần của chúng ta gặp vấn đề khi có một sự “lệch pha” giữa môi trường bên ngoài và đồng hồ sinh học bên trong cơ thể.  Có thể lấy ví dụ cụ thể khi chúng ta đi sang các quốc gia có múi giờ khác biệt và bị “jet lag” – tình trạng mệt mỏi sau chuyến bay kéo dài nhiều giờ đồng hồ. Chiếu sáng không đúng cũng như mọi hoạt đông gây rối loạn đồng hồ sinh học sẽ dẫn tới các phản ứng sinh lý, sinh hóa bất thường, sau đó gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cũng như phát sinh bệnh tật. Chiếu sáng hợp lý sẽ góp phần hạn chế một số loại bệnh tật cũng như mang lại sức khỏe tinh thần cho con người.

Việc chiếu sáng phù hợp với ánh sáng tự nhiên sẽ giúp chúng ta đi vào giấc ngủ nhanh chóng và có chất lượng giấc ngủ tốt. Đối với người bệnh, giấc ngủ tốt sẽ giúp người bệnh hồi phục sức khỏe nhanh hơn. Một loại bệnh bị tác động trực tiếp từ ánh sáng là trầm cảm theo mùa hay còn gọi là rối loạn cảm xúc theo mùa SAD. Đây là căn bệnh chỉ xảy ra vào mùa đông và cuối mùa thu, tình trạng người bệnh sẽ phục hồi khi trở lại vào mùa xuân hoặc mùa hè. Nguồn gốc chứng trầm cảm này là sự thay đổi lượng ánh sáng giữa các mùa. Đây là minh chứng cụ thể nhất cho sự ảnh hưởng của ánh sáng đến cảm xúc của con người. Chiếu sáng có vùng phổ sáng xanh 480 nm cũng có thể giúp việc điều trị loại bệnh này. Ánh sáng cũng ảnh hưởng trong việc điều trị một số loại bệnh khác, ví dụ chiếu sáng điều chỉnh được có thể cải thiện cuộc sống của bệnh nhân sa sút trí tuệ.

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học về chiếu sáng cùng với các nhà sinh học đã đưa ra các giải pháp Chiếu sáng vì sức khỏe và cảm xúc con người hay là Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm – Humancentric lighing (HCL). Tạp chí LEDs Magazine cũng đã tổ chức nhiều cuộc hội thảo về chiếu sáng HCL với sự tham gia của nhiều nhà khoa học ngành y và các chuyên gia trong lĩnh vực chiếu sáng. Theo đó, để giảm thiểu những ảnh hưởng không tốt của ánh sáng nhân tạo đến sức khỏe có liên quan đến nhịp sinh học, các hệ thống chiếu sáng trong nhà ngoài việc bảo đảm hoạt động thị giác cần quan tâm đến khía cạnh chất lượng tác động sinh học của ánh sáng. Nói cách khác chiếu sáng vì sức khỏe và cảm xúc con người (HCL) là kết hợp cả chiếu sáng vì sự nhìn và đồng bộ nhịp sinh học để bảo đảm cho hoạt động thị giác, sự tiện nghi, thoải mái dễ chịu, sức khỏe và sự thỏa mãn.

Để đạt được mục đích trên, hệ thống chiếu sáng nhân tạo trong nhà cần bảo đảm 5 đặc tính bao gồm: Độ sáng, Phổ ánh sáng, Phân bố ánh sáng, Thời điểm chiếu sáng vàThời lượng chiếu sáng.

– Về cường độ chiếu sáng cho hoạt động thị giác hiệu quả, ít nhất cần đạt mức độ rọi tối thiểu trên mặt phẳng ngang cho các loại công việc và hoạt động được quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành. Tuy nhiên để đạt hiệu quả về mặt sinh học thì cường độ chiếu sáng cần thay đổi trong ngày theo hướng tăng cao về buổi sáng và giảm dần về cuối ngày tới mức độ rọi yêu cầu trong tiêu chuẩn. Hiện tại chưa có tiêu chuẩn quy định mức độ rọi hiệu quả cho tác động sinh học, tuy nhiên các tài liệu về chiếu sáng HCL khuyến nghị giá trị độ rọi cần đạt từ trên 500 đến 1000 lx trên mặt đứng tại độ cao ngang tầm mắt.Buổi tối, ngoại trừ công việc làm ca, đối với các công việc hoạt động thị giác cần bảo đảm độ rọi tiêu chuẩn, các hoạt động bình thường khác độ rọi không quá 200 lx trên mặt phẳng ngang, trước giờ đi ngủ khoảng 1,5 đến 2 giờ độ rọi cần giảm đến mức thấp dưới 50 lx, đủ cho việc đi lại.

– Về phổ ánh sáng đối với hoạt động thị giác cần bảo đảm các giá trị quy định trong tiêu chuẩn về chỉ số hoàn màu và giá trị khuyến nghị về nhiệt độ màu tương quan tùy theo mỗi loại hoạt động và công việc cụ thể. Để đạt hiệu quả sinh học phổ ánh sáng cần thay đổi trong ngày, mô phỏng theo phổ ánh sáng ban ngày. Hiện tại, các chỉ tiêu định lượng có liên quan đến màu ánh sáng (phổ ánh sáng) tạm thời sử dụng nhiệt độ màu tương quan Tc, phổ có nhiều thành phần bước sóng ngắn (màu xanh blue) cho nhiệt độ màu cao, ngược lại có nhiều thành phần bước sóng dài (màu đỏ) cho nhiệt độ màu thấp. Các giá trị nhiệt độ màu tương quan được khuyến nghị thay đổi trong ngày như sau, khi thức dậy nhiệt độ màu 3000K, nửa đầu buổi sáng tăng dần lên 6500 K, sau giảm dần về buổi trưa 5000 K, buổi chiều tiếp tục giảm dần đến cuối ngày về 3000 K hoặc thấp hơn đến 2700K. Tuy nhiên cần nhớ rằng, hai nguồn sáng có phổ giống nhau sẽ có nhiệt độ màu giống nhau, song hai nguồn sáng có cùng nhiệt độ màu nhưng phổ ánh sáng có thể khác nhau, điều này có thể thấy rõ khi so sánh các nguồn sáng huỳnh quang và nguồn sáng LED.

– Về phân bố ánh sáng đối với hoạt động thị giác, cần quan tâm bảo đảm mức độ đồng đều độ rọi trên mặt ngang và phân bố hài hòa độ chói trên các bề mặt trong không gian chiếu sáng. Đặc biệt cần hạn chế chói lóa của các hệ thống chiếu sáng cả trong nhà và ngoài nhà. Để đạt hiệu quả sinh học, các nguồn sáng được khuyến nghị có bề mặt phát sáng phẳng và rộng, độ chói thấp, phân bố cường độ sáng rộng, hướng chiếu sáng từ phía trước và trên xuống để tăng độ rọi mặt đứng và ánh sáng đi vào vùng võng mạc tập trung nhiều tế bào hạch cảm quang ipRGC, (hình 3).

Các chú dẫn trên hình cho thấy tế bào hạch cảm quang trong võng mạc nhạy cảm với ánh sáng xanh lục lam tập trung chủ yếu ở vùng dưới nhãn cầu nên ánh sáng chiếu từ phía trên và phía trước có hiệu quả tác động sinh học tốt hơn.Ánh sáng chiếu đến trong vùng góc tới 45^o có hiệu quả tốt nhất (light has good effect), từ 45^o đến 60^o ít hiệu quả (light has little effect), vùng góc trên 60^o không có hiệu quả (light has no effect). Không nên chiếu sáng từ dưới lên do có nguy cơ gây chói lóa (light undesirable because of risk of glare).

– Về thời điểm và thời lượng chiếu sáng không có đề nghị áp dụng giống nhau cho mọi trường hợp mà tùy lĩnh vực và hoạt động cụ thể như văn phòng, bệnh viện, trường học, nhà ở, v.v…mà áp dụng cho hiệu quả tốt nhất. Tuy vậy, vẫn có nguyên tắc chung chiếu sáng hiệu quả kích thích sinh học giúp tỉnh táo vào ban ngày và hạn chế tối đa sử dụng ánh sáng có nhiều thành phần phổ màu xanh blue cường độ mạnh vào buổi tối tránh ảnh hưởng đến giấc ngủ và các vấn đề về sức khỏe khác. Ví dụ, một khuyến nghị đối với khu vực văn phòng như sau: trong khoảng 2 giờ vào đầu buổi sáng ngày làm việc chiếu sáng với cường độ mạnh và nhiệt độ màu cao để kích thích sự tỉnh táo, sau đó giảm dần về độ sáng cần thiết cho các hoạt động thị giác. Buổi trưa, tùy theo chế độ làm việc có giờ nghỉ hay làm thông tầm mà điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp với tình huống cụ thể.

Đối với chiếu sáng ngoài nhà và đường phố về ban đêm, ngoài việc bảo đảm các yêu cầu về độ sáng cho hoạt động thị giác, không gây chói lóa, cần quan tâm đến phổ ánh sáng của các đèn. Theo khuyến cáo của các nhà khoa học, chiếu sáng ngoài nhà không nên sử dụng các đèn có nhiều thành phần ánh sáng xanh về ban đêm, chỉ nrrn sử dụng các đèn có nhiệt độ màu trong khoảng 3000 K đến 4000 K.

Kết luận

Ánh sáng nhân tạo không chỉ phục vụ cho hoạt động thị giác và tác động đến sức khỏe thị giác mà còn có ảnh hưởng đến sức khỏe tâm thần và sức khỏe nói chung. Để bảo đảm ánh sáng tốt cho hoạt động thị giác, nâng cao hiệu quả lao động và bảo vệ sức khỏe cộng đồng, hệ thống chiếu sáng nhân tạo cần có khả năng điều chỉnh được về độ sáng và phổ ánh sáng theo thời gian trong ngày. Chiếu sáng nhân tạo càng gần với ánh sáng tự nhiên càng tốt.

Ngô Văn Quyền – Trung tâm nghiên cứu tư vấn chiếu sáng 

Theo TC in tháng 7,8 AS&CS